Як вирішити проблему лазерного зварювання алюмінієвого сплаву

В даний час, зі збільшенням складності автомобільних трубопроводів, все більше і більше зварювальних точок, що неминуче приносить багато проблем полум'я зварювання. Звичайно, кожен спосіб зварювання має свої переваги і недоліки. У цій статті аналізується доцільність лазерного зварювання трубопроводу кондиціонування.

Сьогодні лазерне зварювання широко використовується в машинобудівній промисловості. Крім того, лазерна технологія також має характеристики невеликого підведення тепла при зварюванні, невеликий вплив на площу зварювання, що нагрівається, і нелегку деформацію, тому їй приділяється особлива увага в галузі зварювання алюмінієвих сплавів.

З іншого боку, через характеристики обробки алюмінієвого сплаву лазерне зварювання алюмінієвого сплаву має деякі труднощі зі зварюванням. Як вирішити ці проблеми?

Проблема 1: Алюмінієвий сплав має низький рівень поглинання лазера. Ця проблема в основному пов'язана з проблемою матеріалу алюмінієвого сплаву. Через високу початкову відбивну здатність і високу теплопровідність алюмінієвого сплаву до лазерного променя швидкість поглинання алюмінієвого сплаву лазерного променя перед плавленням дуже низька. Алюмінієвий сплав має сильний ефект відображення лазера, що пов'язано з високою щільністю вільних електронів у твердому стані алюмінієвого сплаву, який легко відбиває енергію з фотоном у пучку.

Дослідження показують, що відбивна здатність алюмінієвого сплаву до газового CO2-лазера досягає 90%, а відбивна здатність твердотільного лазера наближається до 80%. У той же час алюмінієвий сплав має високу теплопровідність, що призводить до дуже низького рівня поглинання лазера з алюмінієвого сплаву. Тому необхідно вжити відповідних заходів для підвищення швидкості лазерного поглинання алюмінієвого сплаву.

Щоб вирішити цю проблему, рішення в основному включають такі аспекти:

1. Попередня обробка поверхні матеріалу з алюмінієвого сплаву. Алюмінієві сплави мають високу лазерну реакцію. Належна попередня обробка поверхні алюмінієвого сплаву, така як анодне окислення, електролітичне полірування, піскоструминна обробка, піскоструминна обробка тощо. Це може значно покращити поверхневе поглинання променистої енергії. Результати показують, що схильність до кристалізації алюмінієвого сплаву після видалення оксидної плівки вища, ніж у вихідного алюмінієвого сплаву. Щоб не руйнувати обробку поверхні алюмінієвого сплаву та спростити процес лазерного зварювання, процес зварювання можна використовувати для підвищення температури поверхні заготовки та покращення швидкості поглинання матеріалу лазером.

2. Зменшіть розмір плями та покращте щільність потужності лазера. Лазерне поглинання алюмінієвого сплаву покращується за рахунок збільшення щільності потужності лазера. Збільшення щільності потужності лазера спричинить ефект невеликих отворів у зварювальній ванні, що може значно покращити швидкість поглинання матеріалу лазером.

3. Змініть структуру зварювання так, щоб лазерний промінь багато разів відбивався в зазорі, щоб полегшити лазерне зварювання алюмінієвого сплаву. Форма суглоба впливає на поглинання лазерного світла. V-подібний скіс і квадратний скіс більше сприяють утворенню замкових отворів, ніж з’єднання без скосу, і щільність потужності лазера збільшується, а також збільшується швидкість лазерного поглинання алюмінієвого сплаву.

Проблема 2. Легко створити пори та гарячі тріщини, які легко утворити пори та гарячі тріщини в процесі лазерного зварювання алюмінієвого сплаву. Пористість є найпоширенішим і найважливішим дефектом при лазерному зварюванні алюмінієвого сплаву. Типи продихів можна розділити на дві категорії.

Один полягає в тому, що через різке зниження розчинності водню в процесі охолодження лазерного зварювання алюмінієвого сплаву вміст водню в розплавленому алюмінієвому сплаві може досягати {{0}}.69 мл/100 г, вміст водню алюмінієвого сплаву після охолодження та затвердіння становить 0,036 мл/100 г, і перенасичений водень випадає в осад, утворюючи водневі пори. Крім того, на поверхні алюмінієвого сплаву є оксидна плівка, а вода в кристалічній воді, повітря та захисний газ на поверхні алюмінієвого сплаву безпосередньо розкладаються на водень під час зварювання. Ці водневі пори надто пізно виходять під час процесу швидкого охолодження лазерного зварювання алюмінієвих сплавів і залишаються у зварному шві, утворюючи водневі пори.

Інша пов'язана з нестабільністю замкової щілини, що утворюється в процесі лазерного зварювання, і руйнується, і рідкий метал не встигає заповнити отвір. Надмірна пористість призведе до зниження щільності зварного шва, зниження несучої здатності з’єднання, різною мірою знизить міцність і пластичність з’єднання.

Існує багато заходів для зменшення дефектів газового отвору під час лазерного зварювання, таких як можливість змішування розплавленої ванни, додавання можливості поверхні, заповнення дроту або заповнення порошку сплаву та використання технології подвійних точок і лазерного композитного зварювання, щоб зменшити ефект пір, але важко усунути все це. Теплопровідність алюмінію краща, а форму хвилі потужності лазера можна регулювати відповідно до матеріалу, товщини та стану поверхні алюмінієвого сплаву. На зображенні хвильового зварювання провідного наконечника його також можна використовувати для зварювання хвильового типу, ізольованого після попереднього нагрівання, що може зіграти роль у зменшенні газу та газових отворів. Він може зменшити нестабільність пор, змінити кут лазерного променя та застосувати магнітне поле під час зварювання та може ефективно контролювати пори середнього класу.

Причина гарячої тріщини при лазерному зварюванні алюмінієвого сплаву в основному пов'язана з його власними характеристиками та процесом зварювання. Під час затвердіння алюмінієвого сплаву швидкість усадки є великою (до 5%), зварювальна напруга та деформація є великими, а метал шва вироблятиме евтектичну структуру з низькою температурою плавлення вздовж межі зерна під час кристалізації, так що межа зерна зв'язуюча сила послаблюється, і під дією розтягуючої напруги утворюються гарячі тріщини.

Схильність до гарячих тріщин можна зменшити шляхом наповнення дротом або порошком сплаву, а тенденцію до гарячих тріщин також можна зменшити шляхом регулювання параметрів процесу зварювання для контролю швидкості нагріву та охолодження. При використанні YAG-лазерів надходженням тепла можна керувати, регулюючи форму хвилі імпульсу, щоб зменшити розтріскування кристала.

Проблема 3: Зниження механічних властивостей зварних ланок - розм'якшення

Втрата легуючих елементів при згорянні в процесі зварювання знижує механічні властивості зварних з'єднань алюмінієвих сплавів.

«Розм'якшення» - це явище зниження міцності і твердості зварних з'єднань. Коли використовується лазерне зварювання з’єднання алюмінієвого сплаву, структура зварного шва та зона термічного впливу зварного з’єднання також мають проблеми з розм’якшенням. Велика кількість досліджень показала, що явище розм’якшення при зварюванні алюмінієвого сплаву важко повністю усунути, але порівняно зі зварюванням у захисному газі лазерне зварювання зменшує підведення тепла та робить зону розм’якшення зварного шва більш вузькою. У порівнянні зі зварюванням MIG ступінь «розм'якшення» з'єднань алюмінієвого сплаву, зварених лазером, нижчий, а міцність на розрив збільшується зі збільшенням швидкості зварювання. Вплив плазми на процес зварювання Енергія іонізації алюмінієвого елемента низька, лазерне зварювання легше утворює металеву плазму, плазму, викликану лазерним заломленням, відхиленням, таким чином змінюючи фокус лазерного променя, так що коефіцієнт проникнення зварного шва зменшується, впливають на якість зварювального з'єднання. Завдяки попередньому нанесенню порошку на поверхню заготовки розширення та пульсація плазми у напрямку висоти послаблюються, так що плазма може підтримувати відносно стабільну амплітуду пульсації на поверхні заготовки.

Механічні властивості зварних з'єднань алюмінієвого сплаву знижуються внаслідок нестабільної пористості при зварюванні. Алюмінієві сплави в основному включають Zn, Mg і Al. У процесі зварювання алюміній має вищу температуру кипіння, ніж два інших елемента. Тому при зварюванні компонентів алюмінієвого сплаву можна додавати деякі легуючі елементи з низькою температурою кипіння, що сприяє утворенню невеликих отворів і міцності зварювання.

1. Лазерне саморозварювання алюмінієвого сплаву

Лазерне зварювання самоплавленням відноситься до лазерного променя високої щільності енергії як джерела тепла, впливу на поверхню основного матеріалу, так що сам основний матеріал плавиться, утворюючи зварювальний метод зварювання. Для лазерного зварювання алюмінієвого сплаву поверхня алюмінієвого сплаву має високу відбивну здатність до лазера, і під час зварювання потрібна велика потужність лазера. Діаметр лазерної плями невеликий, точність зварювального обладнання висока, а значення допуску на зазор між деталями низьке, і значення зазору між деталями зазвичай має бути нижче 0. 2 мм. Під час процесу зварювання швидкість нагрівання та охолодження є високою, дефектів зварювальної пористості багато, щільність енергії лазера зосереджена, а ефект замкової щілини легко спричинити явище увігнутого зварного шва та прикусу краю, тому параметри процесу зварювання мають підвищені вимоги. Лазерне саморозплавлення при зварюванні алюмінієвих сплавів відображає переваги високої якості зварювання, високої швидкості зварювання та легкої автоматизації та широко використовується в автомобільній промисловості. У промисловості електромобілів герметизація оболонки силової батареї в основному виготовляється з алюмінієвого сплаву лазерним самоплавним зварюванням. В алюмінієвому кузові вітчизняної автомобільної компанії нової енергії зварювання дверного вузла та конструкції бічної стінки також виготовлено з алюмінієвого сплаву лазерним самоплавним зварюванням.

2. Лазерне зварювання алюмінієвого сплаву дротом

Під час лазерного зварювання з наповненням дроту лазер все ще використовується як основне джерело тепла для плавлення зварюваного металу, але пристрій автоматичної подачі дроту використовується для безперервної подачі наповненого металу в ванну розплаву для досягнення процесу металургійного з’єднання. У порівнянні з лазерним зварюванням самоплавленням, зварювання лазерним заповненням дроту пом’якшило вимоги до точності процесу зварювання, шляхом заповнення різних компонентів зварювального дроту покращило металургійні властивості зварного шва, запобігло зварювальним гарячим тріщинам і порам, покращило стабільність процесу зварювання і механічних властивостей з'єднання.

Лазерне зварювання дротом з алюмінієвого сплаву має гарну якість зовнішнього вигляду, точність технологічного зазору нижча, ніж лазерне зварювання самоплавленням тощо. Зазвичай воно використовується на зовнішній поверхні корпусу, наприклад між верхньою кришкою та боковою стінкою, і між верхньою та нижньою пластинами кришки валізи. Існують також моделі для отримання більш високої якості зварювання та використання лазерного зварювання дротом для зварювання дверей з алюмінієвих сплавів.

3. Лазерне дугове композитне зварювання алюмінієвого сплаву

Лазерно-дугове композитне зварювання - це комбінація лазера та дуги двох типів джерел тепла з різними фізичними властивостями та механізмом передачі енергії та спільної роботи на зварюваних частинах. Обидва повністю використовують переваги двох джерел тепла та компенсують недоліки один одного. У лазерному дуговому композитному зварюванні алюмінієвого сплаву дуга може спрямовувати лазерне джерело тепла, покращувати поглинаючу здатність алюмінієвого сплаву та швидкість використання енергії в процесі зварювання, а формувальність поверхні зварного шва краща, ніж у лазера. зварювання самоплавленням. Крім того, введення дуги може значно знизити точність затискання зварювальних деталей, а дуга розріджує плазму лазерного зварювання, що може зменшити ефект екранування плазми на лазер. Лазер відіграє важливу роль у стабільності дуги, щоб дуга могла стабільно діяти на з'єднання під час високошвидкісного зварювання, що може покращити якість зварювання з'єднання та збільшити швидкість зварювання.

Щільність енергії лазерного зварювального променя алюмінієвого сплаву може досягати 109 Вт/см2 і має такі переваги, як концентроване нагрівання, невелике теплове пошкодження, велике співвідношення глибини зварного шва до ширини та невелика деформація зварювання. Процес зварювання легко інтегрований, автоматизований і гнучкий, що дозволяє реалізувати високошвидкісне та високоточне зварювання, а процес зварювання не потребує вакуумного середовища та не створює рентгенівського випромінювання, особливо підходить для високої точності зварювання складних конструкцій. Найбільш привабливою особливістю лазерного зварювання алюмінієвого сплаву є його висока ефективність, і щоб повністю відтворити цю високу ефективність, необхідно застосовувати його для глибокого зварювання великої товщини. Тому дослідження та застосування потужного лазера для зварювання глибоким проплавленням великої товщини буде неминучою тенденцією майбутнього розвитку. Зварювання глибоким проплавленням великої товщини підкреслює явище точкових отворів і його вплив на пористість зварного шва, тому механізм формування та контроль отворів стає все більш і більш актуальним, що стане гарячою проблемою в галузі.

Підвищення стабільності процесу лазерного зварювання, формування зварного шва та якості зварювання є метою, яку переслідують люди. Таким чином, нові технології, такі як лазерно-дуговий композитний процес, лазерне зварювання насадковим дротом, лазерне зварювання без попереднього налаштування порошку, технологія подвійного фокусування, формування променя, будуть вдосконалюватися та розвиватися.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. — це високотехнологічне підприємство, що спеціалізується на дослідженнях і розробках, виробництві та продажі автоматичних лазерних наплавлювальних машин, високошвидкісних лазерних наплавлювальних машин, лазерних гартівних машин, лазерних зварювальних машин і обладнання для лазерного 3D-друку. Наша продукція є економічно ефективною та продається всередині країни та за кордоном. Якщо ви зацікавлені в наших продуктах, зв’яжіться з нами за адресою bob@gshenglaser.com.